生物技术前沿一周纵览(2015年10月2日)

2015-10-08 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

茉莉酸调控植物开花时间的分子机制揭示
 
开花是植物从营养生长向生殖生长转化的重要发育事件。研究人员发现免疫激素茉莉酸通过负向调控成花素基因FT 的表达延迟植物开花。在这一过程中,AP2类转录因子TOE1和TOE2与部分JAZ蛋白相互作用形成一个“转录因子-转录抑制子”复合体,该复合体直接结合FT 的染色质而调控其表达。正常生长条件下,JAZ蛋白拮抗TOE对FT 转录的抑制作用,使FT 的表达维持在一定水平,植物正常开花。当植物受到昆虫或病原菌侵害时,体内活性茉莉酸含量升高,诱导 JAZ泛素化并通过蛋白酶体降解,而这一过程依赖于茉莉酸受体COI1。JAZ蛋白的降解导致TOE的去抑制化,使得FT 的表达降低,导致开花延迟。“TOE-JAZ”互作组合特异性地调控开花时间,而不影响茉莉酸诱导的抗性反应。这表明植物在遇到昆虫或病原菌侵害时,可以通过茉莉酸途径主动延迟开花时间,以保证顺利开花结实和繁衍后代。(The Plant Cell
 
 
可变剪切可调节ABA信号通路
 
mRNA的可变剪切可以增加生物体蛋白质组丰度,是一种非常重要的基因转录后调控机制介导各种生物学过程。研究人员发现拟南芥PP2C基因HAB1 (Hypersensitive to ABA1)可通过可变剪切生成两个可变转录本HAB1.1和HAB1.2。其中HAB1.1是全长转录本编码全长HAB1蛋白,而HAB1.2由于最后一个内含子滞留造成蛋白编码提前终止,编码一个C端缺失的截断蛋白HAB1.2。 HAB1.2/HAB1.1比值在不同组织中变化不大,但是ABA处理后明显升高。HAB1.1能够抑制OST1的自磷酸化,从而使ABA信号通路关闭。但是HAB1.2因C端缺失几乎不具有磷酸酶活性,故不能抑制OST1磷酸化及其对下游底物的激活作用,使ABA信号通路处于开启状态。因此,HAB1的两个可变剪切体在调控ABA信号通路过程中呈拮抗的作用。进一步研究证明了在拟南芥中RBM25(RRM-binding motif 25)能够和Pre-HAB1最后一个内含子的5’剪切位点结合, 是调控在ABA处理条件下HAB1 pre-mRNA可变剪切的剪切因子。本研究首次揭示了RBM25调控的HAB1的可变剪切在ABA信号中的功能,为mRNA转录后调控参与ABA信号通路及植物对ABA响应提供了重要证据。(Nature Communications
 
 
RNA剪接因子调控植物脱落酸信号途径
 
植物在长期进化历程中形成了一套复杂的适应调控机制,选择性剪接就是植物适应逆境的机制之一。研究人员克隆和揭示了RNA剪接因子ROA1/RBM25在植物对外源脱落酸(ABA)胁迫应答中的关键作用。该剪接因子是首个被克隆的同时包含PWI和RRM结构域的RNA剪接因子。研究证实,拟南芥roa1 功能缺失突变体表现出对外源ABA的超常敏感,在不影响野生型拟南芥生长的低浓度ABA处理下该突变体的新生叶片迅速失绿并导致植株生长的抑制甚至死亡。ROA1的功能缺失导致许多与植物生长发育和逆境胁迫应答有关的基因的剪接出现异常。其中编码PP2C蛋白HAB1的基因在转录后编辑的剧烈变化是导致roa1 突变体对ABA异常敏感的主要原因。同时,ABA对野生型拟南芥植株中的ROA1蛋白的调控也说明该蛋白在植物应答非生物胁迫中起到重要的作用。 (Nature Communications)
 
 
拟南芥低温响应信号通路研究
 
低温是一种自然胁迫,严重的影响作物生长、分布以及产量。近年来,在低温响应机制信号中,以拟南芥为模式植物的研究较为深入。研究人员通过系统分析拟南芥RCC1(Regulator of Chromatin Condensation 1)家族蛋白的基因表达模式,发现了一个特异受低温诱导表达的基因TCF1(Tolerant to Chilling and Freezing 1),该基因编码RCC1家族蛋白,但不具有RCC1家族蛋白的特性即不具有鸟苷酸交换因子活性。研究发现TCF1通过CBF非依赖的信号通路发挥作用。TCF1基因缺失突变体tcf1-1表现出对低温不敏感的表型,TCF1通过直接调控BCB(Blue-Copper-Binding Protein)基因的表达,影响下游木质素合成相关基因PAL1/3/4(Phenylalanine ammonia-lyase 1–4)在低温下的表达量,最终调控木质素在低温下的积累,tcf1-1突变体在低温处理下木质素的积累比野生型减少10%。这些结果说明在低温胁迫下,较低的木质素可能导致细胞水分的更方便的外流,从而避免细胞受到冰晶的机械破坏,维持低温下的生存能力。(PloS Genetics)
 
 
植物如何抵御DNA病毒
 
双生病毒(Geminiviruses)是存在于植物中唯一一类具有孪生颗粒形态的单链DNA病毒,也是目前已知的最大的单链DNA病毒家族,该病毒在单子叶和双子叶植物中具有广泛的宿主,对农业生产危害极大。研究人员利用新近在细菌中发现的适应性免疫系统(CRISPR/Cas)特异识别病毒和外源DNA的特性,将该CRISPR切割系统引入植物,在植物中建立了这套DNA病毒防御体系。该研究以甜菜严重曲顶病毒BSCTV(Beet severe curly top virus)为模式病毒,分别选取模式植物本氏烟和拟南芥为寄主材料。首先利用本氏烟注射表达系统,建立了高效的抗病毒sgRNA活性筛选体系,并在瞬时转染植物及转基因植物中同时证明,向植物中引入高效的CRISPR/Cas系统能够有效的抑制BSCTV在寄主植物中的积累。靶位点的突变分析表明该系统能特异性切割病毒DNA。研究还发现高效靶位点的选取与靶位点序列所在基因的功能无直接关系。利用此方法培育抗病毒植物,并不必基于病毒基因功能的深入了解,简单易行,通用性强。因此,该研究对培育抗DNA病毒作物具有指导意义。(Nature Plants
 
 
植物通过变异进行生物修复
 
有毒化学物质在环境中的扩散会影响植物的生长,但植物在这种环境中生长,会经由根部从土壤中吸收并移除其中的有毒化学物质,这个过程被称为修复过程。爆炸化学品三硝基甲苯(TNT)引爆后,TNT微粒渗入泥土,对植物产生毒害。但研究人员在拟南芥杂草中发现了一种新的变异,它可以帮助植物免受TNT的伤害。在MDHAR6基因中发生的这种变异让植物能以最小的伤害甚至毫发无损地从土壤中移除TNT。相比其他暴露于TNT的植物,MDHAR6变异植物通常有长长的根和繁茂的叶子。研究人员希望利用这种突变研发出一种新型除草剂,能除去那些没有人工赋予MDHAR6基因适应性的无用杂草。(Science
 
 
用基因工程烟草生产抗癌药物
 
植物作为药物的重要来源之一,喜马拉雅盾叶鬼臼是一种短而多叶的植物,可产生足叶草毒素,可用于合成抗癌药物依托泊苷。但是这种植物同样生长十分缓慢,因此只能制取少量的化合物。研究人员对足叶草毒素生物合成途径的研究发现,植物只有在叶子受伤后才会启动该物质的合成,通过比较在喜马拉雅盾叶鬼臼的叶片上刺孔前后植物蛋白质合成的差异,研究人员一共发现了31种蛋白质,并根据它们可能的功能进行了分类,并最终选定了可能参与足叶草毒素合成的候选酶的范围。通过将候选酶基因拼接并转入一种常见的实验室植物本氏烟中,用合成生物学方法有望实现让烟草生产这种强效化疗药物。这项新成果将能够确保抗癌药物的充足供给,并有望发现更为出色的类似化合物。(Science
 
 
古菌基因组的复制起始机制
 
基因组复制是生命得以存在和延续的最重要和最基本的遗传过程。与细菌染色体通常只有一个复制起点不同,真核生物和许多古菌的染色体均具有多个复制起始位点。研究表明,染色体多复制起点是嗜盐古菌中普遍存在的现象(BMC Genomics.2012,13: 478),因此是研究多位点复制起始调节机制的重要模型。研究人员采用高密度基因芯片分析技术对地中海富盐菌全生长周期染色体上多复制起点活性进行系统监测,发现该菌染色体具有且只有3个活跃的复制起始位点。这3个复制起点的活性虽有差异,但在生长过程中被协同调控。与沃氏富盐菌一样,这3个复制起始位点可以被同时敲除,但一个休眠的复制起始位点oriC4被激活,并且其激活的程度是与敲除的其它起始位点的个数呈负相关。当原来的3个复制起始位点被同时敲除后,被激活的oriC4成为其染色体复制所必需的起始元件和唯一的复制起始位点,可负责介导整个染色体的正常复制。根据该休眠复制起点的特点,研究人员成功预测了沃氏富盐菌中可能存在的休眠复制起始位点。这是在古菌域中首次实验证明休眠复制起始位点存在及其激活现象,不仅为研究染色体多位点复制起始的调控机制提供了新的切入点,还为包括真核生物在内的复制起点的沉黙与激活机制的研究提供了重要的研究模型。(Nature communications
 
 
微生物群落物种互作网络研究
 
微生物各物种间的互作网络是微生物群落生态学研究的一个重要方面。分子生态网络分析方法(Molecular Ecological Network analysis, MENA)的建立为微生物间互作关系及与周围的环境的关联提供了重要手段。研究人员在一个放射性重金属铀污染的地下水修复系统中,成功地运用高通量基因芯片GeoChip监控了微生物群落的随时间的变化过程。针对该实验的时序数据改进MENA的算法,进一步成功揭示出硫酸盐还原菌(Sulfate-reducing bacteria, SRB)在这一环境修复过程中的重要地位,并且由于SRB与其它物种的关系表现为大量的互斥作用,表明微生物群落中的竞争关系在环境修复过程中变得更加激烈,最终这种物种间的相互竞争导致了物种数量的相对下降,随着环境修复的进行微生物群落的多样性才逐渐得以恢复。该研究对运用微生物群落监控环境修复过程和效果也有着一定的指导价值。 (Environmental Microbiology)
 
 
土壤微生物群落对土壤碳氮循环的调控机制
 
为了揭示土地利用变化(森林恢复)对土壤微生物群落的影响及其对土壤碳氮循环的调控机制,研究人员以丹江口库区森林、灌丛和农田生态系统等不同土地利用类型为对象,应用熏蒸提取和磷脂脂肪酸(PLFA)两种方法,分别调查了土壤微生物生物量和微生物群落结构,同时系统研究了微生物与土壤主要碳氮循环过程的关系。研究结果表明,由于大量低质量(高C:N比)植物凋落物的输入,森林和灌丛的植被恢复增加了土壤微生物生物量以及改变土壤微生物群落结构(即提高了真菌对细菌的比值),但减少了土壤微生物熵(微生物生物量对土壤有机碳的比值)。改变这些微生物特性很可能降低基础微生物呼吸、微生物代谢熵(qCO2)、净的氮矿化和硝化速率,从而维持较高的土壤碳和氮储量及其稳定性。该研究不仅揭示了丹江口库区土壤微生物生物量和微生物群落机构对于森林恢复的响应,同时还阐述了森林恢复过程中土壤微生物群落对土壤碳氮循环的调控机制,为当地政府的植被恢复和库区水环境治理工作提供了可靠的科学依据和借鉴。(Science of the Total Environment
 
    

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来源:基因农业网

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